MIMO OFDM：宽带无线市场的生力军

　　在未来的宽带无线通信系统中，存在两个最严峻的挑战：多径衰落信道和带宽效率。OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效地提高了系统的传输速率，即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率。这样，将OFDM和MIMO两种技术相结合，就能达到两种效果：一种是实现很高的传输速率，另一种是通过分集实现很强的可靠性。同时，在MIMO OFDM中加入合适的数字信号处理的算法能更好地增强系统的稳定性。

　　近来种种迹象表明，“无线＋宽带”已成为未来无线通信的重要卖点。MIMO OFDM技术通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，利用时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。

　　为了进一步提高系统传输速率，使用OFDM技术的无线通信网要增加载波的数量，而这种方法会造成系统复杂度的增加，并增大系统的带宽，这对今日的带宽受限和功率受限的无线通信网系统就不太适合了。而MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，因此将MIMO技术与OFDM技术相结合是适应下一代无线局域网发展要求的趋势。

　　目前正在开发的设备由两组IEEE802.11a收发器、发送天线和接收天线各两个（2×2）、负责运算处理的MIMO OFDM系统组成，能够实现最大108Mbit/s的传输速率。支持AP和客户端之间传输的速率为108Mbit/s，客户端不支持该技术时（IEEE802.11a客户端的情况），传输速率为54Mbit/s。下一代无线局域网标准802.11n采用MIMO OFDM技术，传输速率高达320Mbps，净传输速率为108Mbps。

　　长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题。一般的方法是排除干扰或变害为利。前者是设法把最强的有用信号分离出来，而排除其它路径来的干扰信号，这就是采用分集技术的基本思想。

　　OFDM能够有效地对抗多径传播，使受到干扰的信号能够可靠地接收。OFDM码率低，又加入了时间保护间隔，具有极强的抗多径干扰能力。其多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰。

　　然而，对于高速无线通信，单纯的OFDM系统对抗无线环境中的多径衰落是不够的，必须和MIMO技术结合起来，才能更好地发挥其功效。无线信号在复杂的无线信道中传播产生Rayleigh衰落，在不同空间位置上其衰落特性不同。如果两个位置间距大于天线之间的相关距离（通常相隔十个信号波长以上），就认为两处的信号完全不相关，这样就可以实现信号空间分集接收。MIMO技术通过空间分集消除无线传输中的信道衰落。MIMO OFDM技术的关键是能够通过空间分集将传统通信系统中存在的多径影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素。同时，在MIMO OFDM系统中加入合适的数字信号处理的算法能更好地增强系统的稳定性。

　　目前，各国模拟蜂窝移动通信已有很大发展，但仍满足不了需求。解决移动通信的容量问题成为当务之急。采用MIMOOFDM技术是一种十分有效的手段。

　　MIMO技术与OFDM技术相结合是无线通信领域智能天线技术的重大突破。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地增加通信系统的容量和频谱利用率；而OFDM技术被普遍认为是新一代无线通信系统必须采用的关键技术。

　　MIMO OFDM技术可以为系统提供空间复用增益，从而大大增加信道容量。MIMO技术的空间复用就是在接收端和发射端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道（MIMO子信道）发射信号，从而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不占用额外的带宽，也不消耗额外的发射功率，因此是增加信道和系统容量的一种非常有效的手段。

　　MIMO技术在一定程度上可以利用传播中的多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO技术依然是无能为力的。目前解决MIMO技术中的频率选择性衰落的方案可以结合OFDM技术，将频率选择性衰落转换为子载波上的平坦衰落。另外，OFDM技术是4G的核心技术，而OFDM提高频谱利用率的作用有限，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO＋OFDM，就可以提供可靠的数据传输速率。

　　世界各国和各大电信厂商目前都已经开展了新一代移动通信系统的研究，MIMO和OFDM的结合在提高无线链路的传输速率和可靠性方面具有巨大潜力，并会成为未来宽带无线领域的关键技术。

作者：韩旭东 曹建海 来源：人民邮电报